Vous regardez votre montre. Vous ne pensez pas à la physique. Vous voulez juste savoir si vous êtes en retard. Cependant, si le quartz à l’intérieur ne fonctionne pas, vous serez en retard. Si l’affichage meurt, vous ne le saurez pas tant que vous n’aurez pas vérifié l’heure.
Le quartz et les cristaux liquides ne sont même pas dans le même état. Or, celles-ci constituent l’épine dorsale des montres numériques. Sans cela, une montre ordinaire ne serait qu’un bracelet.
Qu’est-ce que le quartz exactement ?
Les cristaux sont partout. Le quartz est l’un des minéraux les plus abondants sur terre. Les scientifiques l’appellent dioxyde de silicium. Cela se voit également dans les bijoux. Vous le voyez sur du papier de verre. Vous le voyez également à l’intérieur de votre téléphone et de votre téléviseur.
Le secret est la piézoélectricité.
Lorsque vous appuyez sur le cristal, cela crée une charge électrique. Mettez-y une charge électrique et il vibre. Cet effet piézoélectrique inversé explique pourquoi le quartz est si bien adapté à l’indication du temps. Il lui faut très peu de puissance pour continuer à avancer.
Pourquoi les montres numériques ont-elles besoin d’un affichage à cristaux liquides ?
Les cristaux liquides sont différents. Il ne s’agit pas d’une seule substance. Ils ont été découverts pour la première fois au 19ème siècle. Les scientifiques étudiaient le cholestérol. Ils ont découvert le quatrième état de la matière.
Les molécules sont en forme de bâtonnets ou de plaques. Ils coulent comme un liquide. Mais ils conservent l’alignement et l’ordre des solides. Lorsque la lumière les traverse, leurs propriétés optiques changent. Cela les rend idéaux pour les affichages.
La première montre dotée d’un écran LCD est sortie en 1973. Depuis, les écrans LCD ont remplacé les ordinateurs et les téléviseurs. Les chiffres sont affichés sur l’écran LCD de la montre.
Comment le quartz indique-t-il l’heure ?
Une montre à quartz numérique comporte cinq parties principales. Un mécanisme de chronométrage est nécessaire. Il vous faut un écran. Vous avez besoin d’un circuit intégré. Vous avez besoin d’une batterie. Vous avez besoin d’un circuit imprimé.
Ce n’est pas une montre mécanique. Les montres mécaniques doivent être remontées. Ils utilisent des engrenages. Ils n’utilisent pas de quartz. Les engrenages sont également utilisés dans les horloges analogiques. Ils n’utilisent généralement pas de cristaux liquides. Les montres à quartz numériques utilisent les deux.
Le quartz est un chronométreur. Seiko l’a introduit dans ses montres en 1969 et c’est rapidement devenu la norme.
La précision est élevée. L’heure affichée peut varier de quelques secondes par mois. Pourquoi? C’est parce que le quartz a une fréquence vibratoire très élevée. Il est piézoélectrique et consomme donc peu d’énergie. Une seule pile alcaline peut durer plusieurs années.
La batterie transfère une petite quantité de charge électrique au circuit intégré. Ce circuit est connecté à l’oscillateur à cristal via de petites électrodes. Le courant fait vibrer le cristal.
Les vibrations sont standardisées. Regardez les oscillateurs à quartz vibrer 32 768 fois par seconde. Il s’agit de 32,768 kilohertz. Le circuit intégré compte ces vibrations. Il mesure les intervalles. Secondes. Minutes. temps.
A chaque intervalle, le circuit envoie une impulsion électrique. Où va le pouls ? Vers l’écran à cristaux liquides.
La réalité de la déviation
L’industrie normalise les vibrations. Mais la réalité est compliquée. L’oscillateur vibre un peu plus ou un peu moins. Cela dépend de la température. Cela dépend de la pression.
Cette montre est suffisamment précise pour un usage quotidien. Mais les écarts s’additionnent. Chaque mois, vous pouvez perdre quelques secondes. Ce n’est pas parfait. Mais c’est suffisant pour vous amener à votre prochain rendez-vous.
Comment fonctionne l’écran
Les impulsions du circuit intégré frappent l’écran à cristaux liquides. Les cristaux liquides changent de disposition. Ils bloquent ou laissent passer la lumière. Cela crée les chiffres qui apparaissent sur le cadran de la montre.
Le processus est silencieux. C’est efficace. Il repose sur une étrange danse entre des cristaux vibrants et des liquides coulants.
Vous vérifiez votre montre. Un numéro sera affiché. Tu devrais partir. Vous ne penserez plus jamais à la silice ou aux dérivés du cholestérol. Jusqu’à ce que la batterie soit épuisée. Ou l’écran s’assombrit. Alors tu te souviens.
La technique est simple. La physique est compliquée. Le résultat n’est qu’un nombre.
Le quartz enregistre de petits moments que les gens ne peuvent pas percevoir. Les cristaux liquides transforment ce rythme invisible en quelque chose que nous pouvons lire. L’une consiste à mesurer le temps. Un autre le montre. Ensemble, ceux-ci garantissent que votre emploi du temps reste intact.
Torsion de cristaux liquides
Les écrans LCD sont étrangement espacés. Ce n’est pas très résistant. Il y a moins de liquide. Ses propriétés optiques le rendent idéal pour un affichage nématique torsadé (TN), qui est la norme pour la plupart des montres numériques.
Au sein de cet écran, les molécules sont disposées en spirale torsadée. Considérez-les comme de minuscules tire-bouchons. L’application d’une impulsion électrique (force externe) rompt ces liaisons. Ce changement physique modifie la façon dont la lumière se déplace.
Entre lumière et électricité
Les écrans LCD sont essentiellement des sandwichs. Il comporte deux morceaux de verre. Les deux conduisent l’électricité. Entre eux se trouvent les produits chimiques à cristaux liquides.
C’est la partie la plus difficile. Chaque plaque possède un filtre polarisant. Les filtres sont orientés à un angle de 90 degrés les uns par rapport aux autres. Généralement, les molécules de cristaux liquides sont alignées parallèlement à ces filtres. La lumière ambiante est réfléchie par le miroir situé en dessous. Le résultat ? Fond réfléchissant argenté. C’est pourquoi le cadran de la montre semble métallique dans l’obscurité.
Mais appliquez une charge électrique et les molécules se retournent. Ils sont perpendiculaires au filtre. Les filtres absorbent toute la lumière. Les cellules deviennent noires.
“Lorsque vous ajoutez une charge à un écran à cristaux liquides, les molécules changent d’orientation… laissant des cellules noires sur l’écran.”
Comptez les secondes
Les circuits intégrés font le gros du travail. Il reçoit les données temporelles de l’oscillateur à quartz. Ce circuit envoie des impulsions électriques à intervalles réguliers, par exemple toutes les secondes, minutes ou heures.
Ces impulsions indiquent à l’écran LCD quelles parties allumer ou éteindre. L’écran est divisé en plusieurs parties. La plupart des chiffres utilisent une disposition à sept segments. Cela affiche les chiffres 0-9. Si vous modifiez un segment, trois deviennent deux. Un cinq devient un six.
Certains écrans utilisent des sections 14 segments. Ceux-ci ont plus de cellules. Ils peuvent afficher des lettres, pas seulement des chiffres. Cependant, en matière de timing, les modèles à sept segments prédominent. De cette façon, vous pouvez lire 12h15 une seconde et 12h16 la seconde suivante.
Un partenariat improbable
Le quartz et les cristaux liquides sont des matériaux fondamentalement différents. Leur objectif est complètement différent. Le quartz oscille. Les cristaux liquides bloquent ou transmettent la lumière.
Mais sans ce partenariat, nous serions perdus. Le quartz assure le rythme cardiaque. Les cristaux liquides fournissent le visage. Sans l’un, l’autre n’est qu’une case à cocher ou un écran vide.
